JP5081527B2 - 気体清浄化装置及び気体清浄化方法 - Google Patents

気体清浄化装置及び気体清浄化方法 Download PDF

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Description

本発明は、気体清浄化装置及び気体清浄化方法に関し、特に、気体中の微細粒子を除去する気体清浄化装置に関する。
基板としてのウエハから製造される半導体デバイスでは、形成される配線の幅等が数十ｎｍ程度であるため、大きさが数十ｎｍのパーティクル（微細粒子）が付着しても短絡等の不具合が発生する可能性がある。
そこで、従来より、半導体デバイスの製造装置、特に、ウエハにプラズマ処理を施す基板処理システムにおいてパーティクルを積極的に除去することが求められている。これに対応するために、例えば、ガス状不純物や微細粒子を効果的に除去する除去装置として、湿式除去機構と、互いに密度が異なるフィルタ材料からなる２つのフィルタとを備える除去装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、基板処理システムでは、周囲から隔絶され且つクリーンルームに比して容積が小さい環境（ミニエンバイロメント）としてのローダーモジュールの搬送室内空間に、パーティクルを除去して大気を供給する装置としてファンフィルタユニットが用いられている。
ファンフィルタユニットは、周囲（外部）から搬送室内空間に向けて気体流を生じさせるファンと、網状の繊維集合体であるフィルタとを有する。ファンフィルタユニットでは、フィルタが網目よりも大きい、気体流に混在するパーティクルを捕捉して除去する。
特開２００２−３５５２４号公報
しかしながら、従来のファンフィルタユニットにおけるフィルタ（例えば、ＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air filter）やＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air filter））の網目の大きさは数百ｎｍであり、半導体デバイスで短絡等を引き起こす数十ｎｍの大きさのパーティクルを除去することができない。
網目の大きさを小さくすることによってフィルタに数十ｎｍの大きさのパーティクルを除去させることも可能であるが、この場合、フィルタのコンダクタンスが低下して搬送室内空間への気体の供給効率が低下する。
本発明の目的は、気体の供給効率を低下させることなく、微細粒子を大きさに関わりなく除去することができる気体清浄化装置及び気体清浄化方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の気体清浄化装置は、気体流を生じさせるファンと、前記気体流に混在する微細粒子を捕捉して除去する少なくとも１つのフィルタとを備える気体清浄化装置において、前記気体流上に位置し且つ前記フィルタよりも温度が高い少なくとも１つの高温部と、前記高温部及び前記フィルタの温度差を維持する温度差維持装置と、を備え、前記温度差維持装置は、前記高温部と前記フィルタとの温度差を３℃以上に維持し、前記気体流における前記フィルタに関する上流及び下流のそれぞれにおいて少なくとも１つの前記高温部が位置することを特徴とする。
請求項２記載の気体清浄化装置は、請求項１記載の気体清浄化装置において、前記少なくとも１つのフィルタとして、第１のフィルタと、該第１のフィルタよりも網目の大きさが小さい第２のフィルタとを備え、前記第１のフィルタ及び／又は前記第２のフィルタは前記高温部よりも温度が低いことを特徴とする。
請求項３記載の気体清浄化装置は、請求項２記載の気体清浄化装置において、前記第２のフィルタは多孔質体からなることを特徴とする。
請求項４記載の気体清浄化装置は、請求項１記載の気体清浄化装置において、前記少なくとも１つのフィルタとして、網目状のフィルタと、ケミカルフィルタとを備え、前記網目状のフィルタ及び／又は前記ケミカルフィルタは前記高温部よりも温度が低いことを特徴とする。
請求項５記載の気体清浄化装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気体清浄化装置において、前記フィルタは、亜鉛、アルミニウム又はイリジウムによって構成されることを特徴とする。
請求項６記載の気体清浄化装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体清浄化装置において、前記フィルタに前記微細粒子の極性と反対の極性の電位を発生させるフィルタ電位発生装置を備えることを特徴とする。
請求項７記載の気体清浄化装置は、請求項６記載の気体清浄化装置において、前記微細粒子の電位の極性を測定する電位測定装置を備えることを特徴とする。
請求項８記載の気体清浄化装置は、請求項７記載の気体清浄化装置において、前記電位測定装置は対向する第１の電極及び第２の電極と、前記微細粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極の間に導引する微細粒子導引装置とを有し、前記第１の電極には正の電圧を印加する第１の電源が接続され、前記第１の電極及び前記第１の電源の間には第１の電流測定装置が配置されるとともに、前記第２の電極には負の電圧を印加する第２の電源が接続され、前記第２の電極及び前記第２の電源の間には第２の電流測定装置が配置されることを特徴とする。
請求項９記載の気体清浄化装置は、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の気体清浄化装置において、前記微細粒子を帯電させて前記フィルタの極性とは反対の極性の電位を強制的に発生させる微細粒子帯電装置を備えることを特徴とする。
請求項１０記載の気体清浄化装置は、請求項９記載の気体清浄化装置において、前記微細粒子帯電装置は、イオナイザ、エキシマレーザ発振器、紫外線ランプ及び軟エックス線照射装置からなる群から選択された１つであることを特徴とする。
請求項１１記載の気体清浄化装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体清浄化装置において、前記フィルタに正電位及び負電位を生じさせるフィルタ電位発生装置を備えることを特徴とする。
請求項１２記載の気体清浄化装置は、請求項１１記載の気体清浄化装置において、前記フィルタ電位発生装置は、前記フィルタにおいて正電位及び負電位を交互に生じさせることを特徴とする。
請求項１３記載の気体清浄化装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の気体清浄化装置において、前記フィルタを加熱する加熱装置を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１４記載の気体清浄化方法は、気体流を生じさせるファンと、前記気体流に混在する微細粒子を捕捉して除去する少なくとも１つのフィルタとを備える気体清浄化装置における気体清浄化方法であって、前記気体流における前記フィルタに関する上流及び下流のそれぞれにおいて前記フィルタよりも温度が高い少なくとも１つの高温部を発生させる高温部発生ステップと、前記高温部と前記フィルタとの温度差を３℃以上に維持する温度維持ステップとを有することを特徴とする。
請求項１５記載の気体清浄化方法は、請求項１４の気体清浄化方法において、前記高温部発生ステップでは前記フィルタを冷却することを特徴とする。
請求項１６記載の気体清浄化方法は、請求項１４又は１５記載の気体清浄化方法において、前記フィルタに前記微細粒子の極性と反対の極性の電位を発生させるフィルタ電位発生ステップを有することを特徴とする。
請求項１７記載の気体清浄化方法は、請求項１６記載の気体清浄化方法において、前記微細粒子の電位の極性を測定する粒子電位測定ステップを有することを特徴とする。
請求項１８記載の気体清浄化方法は、請求項１６又は１７記載の気体清浄化方法において、前記微細粒子を帯電させて前記フィルタの極性とは反対の極性の電位を発生させる粒子電位発生ステップを有することを特徴とする。
請求項１記載の気体清浄化装置及び請求項１４記載の気体清浄化方法によれば、高温部の温度がフィルタよりも高いため、フィルタ及び高温部の間に温度勾配が生じ、該温度勾配に起因する熱泳動力によって微細粒子がフィルタへ移動する。熱泳動力の大きさは作用する微細粒子の大きさに依存し、特に、大きい微細粒子には大きい熱泳動力が作用するが、このような大きい微細粒子には大きな重力が作用するため、微細粒子に作用するフィルタへの移動力はさほど大きくはない。一方、小さい微細粒子には小さい熱泳動力しか作用しないが、このような小さい微細粒子には小さな重力しか作用しないため、微細粒子に作用するフィルタへの移動力はさほど小さくはない。すなわち、全ての微細粒子には、熱泳動力に起因する同程度のフィルタへの移動力が作用する。また、フィルタへ移動した微細粒子はファンデルワールス力によって該フィルタと係合する。すなわち、フィルタの網目の大きさを小さくすることなく、数十ｎｍの大きさの微細粒子も含む全ての微細粒子をフィルタに捕捉させることができる。したがって、気体の供給効率を低下させることなく、微細粒子を大きさに関わりなく除去することができる。
また、請求項１記載の気体清浄化装置によれば、高温部及びフィルタの温度差が維持されるので、熱泳動力によって微細粒子をフィルタに移動させ続けることができる。したがって、微細粒子を確実に除去することができる。
また、請求項１記載の気体清浄化装置によれば、高温部及びフィルタの温度差が３℃以上に維持されるので、微細粒子に熱泳動力を確実に作用させることができる。
更に、請求項１記載の気体清浄化装置によれば、気体流におけるフィルタに関する上流及び下流のそれぞれにおいてフィルタ及び高温部の間に温度勾配が生じる。したがって、上流及び下流のそれぞれにおいて微細粒子に熱泳動力を作用させることができ、微細粒子を確実にフィルタに捕捉させることができる。
請求項２記載の気体清浄化装置によれば、第１のフィルタ及び／又は第１のフィルタよりも網目の大きさが小さい第２のフィルタと、高温部との間に温度勾配が生じるので、熱泳動力によって微細粒子を第１のフィルタ及び／又は第２のフィルタに捕捉させることができるとともに、第１のフィルタで捕捉できなかった微細粒子を第２のフィルタで捕捉することができる。したがって、微細粒子をより確実に除去することができる。また、比較的大きい微細粒子は第１のフィルタによって捕捉され、比較的小さい微細粒子は第２のフィルタによって捕捉されるため、第１のフィルタ及び第２のフィルタが目詰まりしにくく、もって、気体清浄化装置の長寿命化を行うことができる。
請求項３記載の気体清浄化装置によれば、第２のフィルタは多孔質体からなるので、該第２のフィルタは比較的小さい微細粒子を確実に捕捉することができる。
請求項４記載の気体清浄化装置によれば、網目状のフィルタ及び／又はケミカルフィルタと、高温部との間に温度勾配が生じるので、熱泳動力によって微細粒子を網目状のフィルタ及び／又はケミカルフィルタに捕捉させることができるとともに、網目状のフィルタで捕捉できなかった、微細粒子の発生の要因であり、且つ微細粒子を発生させない場合でも各種不具合を引き起こすガス分子をケミカルフィルタで捕捉することができる。したがって、微細粒子をより確実に除去することができる。また、比較的大きい微細粒子は網目状のフィルタによって捕捉され、比較的小さいガス分子はケミカルフィルタによって捕捉されるため、網目状のフィルタ及びケミカルフィルタが目詰まりしにくく、もって、気体清浄化装置の長寿命化を行うことができる。
請求項５記載の気体清浄化装置によれば、フィルタは、亜鉛、アルミニウム又はイリジウムによって構成されるので、フィルタにおける温度分布を均一化することができ、フィルタの全ての部位に向けて温度勾配を確実に生じさせることができる。
請求項６記載の気体清浄化装置及び請求項１６記載の気体清浄化方法によれば、フィルタに微細粒子の極性と反対の極性の電位が発生するので、静電気力によっても微細粒子がフィルタへ移動させられる。したがって、気体の供給効率を低下させることなく、微細粒子を確実に除去することができる。
請求項７記載の気体清浄化装置及び請求項１７記載の気体清浄化方法によれば、微細粒子の極性が測定されるので、該電位測定結果を参照することにより、フィルタの電位を確実に微細粒子の極性と反対の極性の電位にすることができる。
請求項８記載の気体清浄化装置によれば、第１の電極及び第２の電極の間に導引された微細粒子は、該微細粒子が帯電している場合、該微細粒子の極性に応じて第１の電極又は第２の電極に捕捉され、該捕捉された微細粒子から電荷が第１の電源又は第２の電源に向けて電流として移動するため、第１の電流測定装置又は第２の電流測定装置によって電流を観測することにより、微細粒子の極性を確実に測定することができる。
請求項９記載の気体清浄化装置及び請求項１８記載の気体清浄化方法によれば、微細粒子にフィルタの極性とは反対の極性の電位が強制的に発生するので、微細粒子の電位を確実にフィルタの極性と反対の極性の電位に設定することができる。したがって、微細粒子に確実にフィルタへ向けた静電気力を作用させることができる。
請求項１０記載の気体清浄化装置によれば、微細粒子帯電装置は、イオナイザ、エキシマレーザ発振器、紫外線ランプ及び軟エックス線照射装置からなる群から選択された１つであるので、微細粒子を確実に帯電させることができる。
請求項１１記載の気体清浄化装置によれば、フィルタに正電位及び負電位を生じさせるので、微細粒子の極性に関わりなく該微細粒子にフィルタへ向けた静電気力を作用させることができる。
請求項１２記載の気体清浄化装置によれば、フィルタにおいて正電位及び負電位が交互に生じるので、フィルタを通過しようとする微細粒子をその極性に関わりなく確実にフィルタに捕捉させることができる。
請求項１３記載の気体清浄化装置によれば、フィルタが加熱されるので、熱応力によってフィルタが捕捉した微細粒子を放出することができ、もって、容易にフィルタの洗浄を行うことができる。
請求項１４記載の気体清浄化方法によれば、フィルタが冷却されるので、フィルタ及び高温部の間に確実に温度勾配を生じさせることができ、もって、微細粒子に熱泳動力を確実に作用させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る気体清浄化装置及び気体清浄化方法について説明する。
図１は、本実施の形態に係る気体清浄化装置としてのファンフィルタユニットが適用されるローダーモジュールを備える基板処理システムの構成を概略的に示す水平断面図である。
図１において、基板処理システム１０は、基板としてのウエハＷにエッチング処理を施すプロセスモジュール１１及びプロセスモジュール１１にウエハＷを受け渡すロード・ロックモジュール１２によって構成される、２つのプロセスシップ１３と、１つのローダーモジュール１４とを備える。各プロセスシップ１３とローダーモジュール１４とは互いに接続されるので、ローダーモジュール１４は各プロセスモジュール１１と各ロード・ロックモジュール１２を介して連接される。
ローダーモジュール１４は、直方体状の搬送室１５と、該搬送室１５に収容されてウエハＷを搬送室１５内において搬送する搬送アーム１６とを有する。搬送室１５は、搬送室１５の内部空間を搬送室１５の周囲から隔絶するが、搬送室１５の内部空間には後述するファンフィルタユニット２０を介して周囲の大気が供給される。したがって、搬送室１５の内部圧力は大気圧に維持される。
また、ローダーモジュール１４の搬送室１５には２５枚のウエハＷを収容する基板収容器としての３つのフープ１６がウエハＷの投入口としての３つのロードポート１７を介して接続されている。なお、２つのプロセスシップ１３と、３つのフープ１６とは互いに搬送室１５を挟んで対向する。
ローダーモジュール１４において、搬送アーム１６は、搬送室１５内において上下方向（図１中の奥行き方向）並びに左右方向（搬送室１５の長手方向）に沿って移動自在であり、各フープ１６から未処理のウエハＷをロードポート１７経由で搬出し、該搬出されたウエハＷを各ロード・ロックモジュール１２へ搬入するとともに、各ロード・ロックモジュール１２から処理済みのウエハＷを搬出し、該搬出されたウエハＷを各フープ１６へ搬入する。
プロセスシップ１３では、上述したように、ローダーモジュール１４における搬送室１５の内部圧力は大気圧に維持される一方、プロセスモジュール１１の内部圧力は真空に維持される。そのため、ロード・ロックモジュール１２は、プロセスモジュール１１との連結部に真空ゲートバルブ１８を備えるとともに、ローダーモジュール１４との連結部に大気ゲートバルブ１９を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。
図２は、図１におけるローダーモジュールの構成を概略的に示す断面図である。
図２において、ローダーモジュール１４は、上述した搬送室１５及び搬送アーム１６の他に、ファンフィルタユニット２０（気体清浄化装置）を有する。
ファンフィルタユニット２０は搬送室１５の内部空間に周囲の大気を供給する。このとき、ファンフィルタユニット２０は内蔵する後述のフィルタ２２によって供給する大気からパーティクル（微細粒子）を除去する。また、ファンフィルタユニット２０は搬送室１５の上方に配置されるため、ファンフィルタユニット２０が搬送室１５の内部空間に供給する大気は下降流を形成する。これにより、搬送室１５の内部空間においてパーティクルの巻き上げを抑制することができる。
図３は、図２におけるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。
図３において、ファンフィルタユニット２０は、搬送室１５の内部空間（図中下方）に向けて大気流（図中矢印で示す）を生じさせるファン２１と、大気流に混在するパーティクルを捕捉して除去する、網状構造体からなるフィルタ２２と、ファン２１及びフィルタ２２の間に配される照射ヒータ２３とを備える。
照射ヒータ２３は、ファン２１及びフィルタ２２の間における大気流に向けて赤外線を照射するため、該大気流上に大気の温度よりも高温の高温部２４が生じる（高温部発生ステップ）。すなわち、ファンフィルタユニット２０は、ファン２１及びフィルタ２２の間において、大気流上に高温部２４を備える。
フィルタ２２は、該フィルタ２２を冷却するクーリングチャネル２５（温度差維持装置）を内蔵する。該クーリングチャネル２５は、その内部を循環する冷媒によってフィルタ２２を冷却して大気よりも低温にする。すなわち、クーリングチャネル２５は、高温部２４をフィルタ２２よりも高温にして高温部２４及びフィルタ２２の温度差を維持する。特に、クーリングチャネル２５は高温部２４及びフィルタ２２の温度差を３℃以上に維持するようにフィルタ２２を冷却する。
一般に、高温部と低温部の温度差が３℃以上ある場合、微細粒子には温度勾配に起因する熱泳動力が作用する。熱泳動力は高温部から低温部へ向けて生じる推進力であり、熱泳動力が作用する微細粒子は高温部から低温部へ移動することが知られている。ここで、本実施の形態に係るファンフィルタユニット２０では、高温部２４及びフィルタ２２の温度差が３℃以上に維持されるため、高温部２４及びフィルタ２２の間における温度勾配に起因する熱泳動力が、大気流に混在するパーティクル（図中「○」で示す。）に作用する。そして、熱泳動力が作用するパーティクルはフィルタ２２へ移動する。
なお、熱泳動力は、厳密に言うと、その大きさは作用するパーティクルの大きさに依存し、特に、大きいパーティクルには大きい熱泳動力が作用するが、このような大きいパーティクルには大きな重力が作用するため、パーティクルに作用するフィルタ２２への移動力はさほど大きくはない。一方、小さいパーティクルには小さい熱泳動力しか作用しないが、このような小さいパーティクルには小さな重力しか作用しないため、パーティクルに作用するフィルタ２２への移動力はさほど小さくはない。すなわち、大きいパーティクル及び小さいパーティクルには、熱泳動力に起因する同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。したがって、ファンフィルタユニット２０では、大気流に混在する全てのパーティクルに同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。
さらに、ファンフィルタユニット２０は、高温部２４及びフィルタ２２の温度を測定する温度センサ５３を備える。該温度センサ５３は測定した高温部２４及びフィルタ２２の温度を不図示の制御部に電気信号として送信し、該制御部は測定された高温部２４及びフィルタ２２の温度に基づいて、高温部２４及びフィルタ２２の温度差を３℃以上に維持するように、クーリングチャネル２５へ供給する冷媒の温度や流量を制御する。
また、ファンフィルタユニット２０では、フィルタ２２が高熱伝導率の材料から構成される。高熱伝導率の材料としては下記表１に示す材料が該当するが、特に、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料、例えば、亜鉛、アルミニウムやイリジウムが好適に用いられる。
Figure 0005081527
高熱伝導率の材料によってフィルタ２２を構成すると、フィルタを均一に冷却することができ、もって、フィルタにおける温度分布を均一化することができる。
本実施の形態に係るファンフィルタユニット２０によれば、フィルタ２２及び高温部２４の間における温度勾配に起因する熱泳動力によってパーティクルがフィルタ２２へ移動する。このとき、全てのパーティクルには同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。また、フィルタ２２へ移動したパーティクルはファンデルワールス力によってフィルタ２２と係合する。すなわち、フィルタ２２の網目の大きさを小さくすることなく、数十ｎｍの大きさのパーティクルも含む、大気流に混在する全てのパーティクルをフィルタ２２に捕捉させることができる。したがって、大気の供給効率を低下させることなく、パーティクルを大きさに関わりなく除去することができる。
上述したファンフィルタユニット２０では、高温部２４及びフィルタ２２の温度差が３℃以上に維持されるので、パーティクルに熱泳動力を確実に作用させて、熱泳動力によってパーティクルをフィルタ２２に移動させ続けることができる。したがって、パーティクルを確実にフィルタ２２に捕捉させて除去することができる。
また、上述したファンフィルタユニット２０では、フィルタ２２が高熱伝導率の材料によって構成されるので、フィルタ２２における温度分布を均一化することができ、もって、フィルタ２２の全ての部位に向けて温度勾配を確実に生じさせることができる。
上述したファンフィルタユニット２０は、大気流上に１つの高温部２４のみを備えたが、複数の高温部を備えていてもよい。
図４は、大気流上に複数の高温部を備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。なお、図４のファンフィルタユニット２６は、その構成、作用が上述したファンフィルタユニット２０と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図４において、ファンフィルタユニット２６は、ファン２１及びフィルタ２２の間、すなわち、大気流におけるフィルタ２２に関する上流に配される照射ヒータ２３と、図中におけるフィルタ２２の下方、すなわち、大気流におけるフィルタ２２に関する下流に配される照射ヒータ２７とを備える。
照射ヒータ２７も、大気流に向けて赤外線を照射するため、大気流におけるフィルタ２２に関する下流に大気の温度よりも高温の高温部２８が生じる。すなわち、ファンフィルタユニット２０では、大気流におけるフィルタ２２に関する上流及び下流のそれぞれに高温部２４及び高温部２８が位置し、フィルタ２２及び高温部２４の間、並びにフィルタ２２及び高温部２８の間に温度勾配が生じる。したがって、大気流におけるフィルタ２２に関する上流及び下流のそれぞれにおいてパーティクルに熱泳動力を作用させることができ、パーティクルを確実にフィルタ２２に捕捉させることができる。
また、ファンフィルタユニットは、大気流におけるフィルタ２２に関する下流にのみ高温部を備えていてもよい。さらに、大気流に混在するパーティクルにフィルタ２２に向けた熱泳動力を作用させるためには、大気流上における少なくとも１箇所とフィルタ２２との間に温度勾配を生じさせるだけでよいため、ファンフィルタユニットは照射ヒータ２３及びクーリングチャネル２５の両方を必ずしも備える必要はない。具体的には、ファンフィルタユニットが照射ヒータ２３を備えることなくクーリングチャネル２５のみを備え、フィルタ２２を大気流よりも低温になるように冷却するだけでもよく、若しくは、ファンフィルタユニットがクーリングチャネル２５を備えることなく照射ヒータ２３のみを備え、大気流上においてフィルタ２２よりも高温の高温部２４を発生させるだけでもよい。
なお、ファンフィルタユニット２６は、フィルタ２２、高温部２４及び高温部２８の温度を測定する温度センサ２９を備えてもよく、測定されたフィルタ２２、高温部２４及び高温部２８の温度に基づいて、高温部２４及びフィルタ２２の温度差、並びに高温部２８及びフィルタ２２の温度差を３℃以上に維持するように、クーリングチャネル２５へ供給する冷媒の温度や流量が制御されてもよい。
また、上述したファンフィルタユニット２０は、１つのフィルタ２２のみを備えたが、複数のフィルタを備えていてもよい。以下に、２つの具体例を説明する。
図５は、網状構造体からなるフィルタと、多孔質体からなるフィルタとを備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。なお、図５のファンフィルタユニット３０は、その構成、作用が上述したファンフィルタユニット２０と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図５において、ファンフィルタユニット３０は、網状構造体からなるフィルタ２２（第１のフィルタ）の他に、図中におけるフィルタ２２の下方に配される、多孔質体からなるフィルタ３１（第２のフィルタ）を備える。
フィルタ３１を構成する多孔質体は、多数の微小なポア（直径が数十ｎｍ程度のポア）を内包し、各ポアが網目として機能するため、フィルタ３１は大きさが数百ｎｍのパーティクルだけでなく、大きさが数十ｎｍのパーティクルも捕捉して除去することができる。
また、フィルタ３１は該フィルタ３１を冷却するクーリングチャネル３２を内蔵する。これにより、フィルタ３１を高温部２４よりも低温にすることができ、もって、フィルタ３１及び高温部２４の間に温度勾配を生じさせることができる。なお、ファンフィルタユニット３０では、フィルタ２２がクーリングチャネルを備えていないが、フィルタ２２はほぼ大気温度であるため、高温部２４よりも低温であり、フィルタ２２及び高温部２４の間にも温度勾配を生じさせることができる。
上述したファンフィルタユニット３０によれば、フィルタ２２と高温部２４との間の温度勾配、及び/又はフィルタ３１と高温部２４との間の温度勾配に起因する熱泳動力によってパーティクルをフィルタ２２及び／又はフィルタ３１に捕捉させることができるとともに、フィルタ２２で捕捉できなかったパーティクルをフィルタ３１で捕捉することができる。したがって、パーティクルをより確実に除去することができる。また、比較的大きいパーティクルはフィルタ２２によって捕捉され、比較的小さいパーティクルはフィルタ３１によって捕捉されるため、フィルタ２２及びフィルタ３１が目詰まりしにくく、もって、ファンフィルタユニット３０の長寿命化を行うことができる。
なお、ファンフィルタユニット３０は、フィルタ２２、フィルタ３１及び高温部２４の温度を測定する温度センサ３３を備えてもよく、これにより、上述した温度センサ具備の効果と同様の効果を奏することができる。
図６は、網状構造体からなるフィルタと、ケミカルフィルタとを備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。なお、図６のファンフィルタユニット３４は、その構成、作用が上述したファンフィルタユニット２０と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図６において、ファンフィルタユニット３４は、網状構造体からなるフィルタ２２（網目状のフィルタ）の他に、高温部２４及びフィルタ２２の間に配される、ケミカルフィルタ３５を備える。該ケミカルフィルタ３５は活性炭等を有し、パーティクルの発生の要因であり、且つパーティクルを発生させない場合でも各種不具合を引き起こすガス分子や有機物分子を捕捉して除去することができる。
また、ケミカルフィルタ３５は該ケミカルフィルタ３５を冷却するクーリングチャネル３６を内蔵する。これにより、ケミカルフィルタ３５を高温部２４よりも低温にすることができ、もって、ケミカルフィルタ３５及び高温部２４の間に温度勾配を生じさせることができる。なお、ファンフィルタユニット３４でも、フィルタ２２がクーリングチャネルを備えていないが、フィルタ２２は高温部２４よりも低温であり、フィルタ２２及び高温部２４の間にも温度勾配を生じさせることができる。
上述したファンフィルタユニット３４によれば、フィルタ２２と高温部２４との間の温度勾配、及び/又はケミカルフィルタ３５と高温部２４との間の温度勾配に起因する熱泳動力によってパーティクルをフィルタ２２及び／又はケミカルフィルタ３５に捕捉させることができるとともに、フィルタ２２で捕捉できなかったガス分子や有機物分子をケミカルフィルタ３５で捕捉することができる。したがって、パーティクルをより確実に除去することができる。また、比較的大きいパーティクルはフィルタ２２によって捕捉され、比較的小さいガス分子や有機物分子はケミカルフィルタ３５によって捕捉されるため、フィルタ２２及びケミカルフィルタ３５が目詰まりしにくく、もって、ファンフィルタユニット３４の長寿命化を行うことができる。
なお、ファンフィルタユニット３４は、フィルタ２２、ケミカルフィルタ３５及び高温部２４の温度を測定する温度センサ３７を備えてもよく、これにより、上述した温度センサ具備の効果と同様の効果を奏することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る気体清浄化装置及び気体清浄化方法について説明する。
本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、パーティクルの除去に際して、熱泳動力だけでなく静電気力を利用する点で異なるのみであるため、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図７は、本実施の形態に係る気体清浄化装置としてのファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。
図７において、ファンフィルタユニット３８は、照射ヒータ２３及びフィルタ２２の間に配される、正電源３９に接続されたイオナイザ４０（微細粒子帯電装置）と、フィルタ２２に接続された負電源４１（フィルタ電位発生装置）とを備える。
イオナイザ４０は大気流に向けて正の電荷を放出し、大気流に混在するパーティクルを正に帯電させる。これにより、イオナイザ４０はパーティクルに正電位を強制的に発生させる（粒子電位発生ステップ）。また、フィルタ２２には負電源４１によって負電位が発生する（フィルタ電位発生ステップ）。すなわち、ファンフィルタユニット３８では、大気流に混在するパーティクル及びフィルタ２２に互いに反対の極性の電位が発生する。このとき、パーティクルには、上述した熱泳動力だけなく、パーティクル及びフィルタ２２の電位差に起因する静電気力が作用し、該静電気力によってもパーティクルがフィルタ２２へ移動させられる。
なお、静電気力は、熱泳動力と同様に、その大きさは作用するパーティクルの大きさに依存し、特に、大きいパーティクルには大きい静電気力が作用するが、このような大きいパーティクルには大きな重力が作用するため、パーティクルに作用するフィルタ２２への移動力はさほど大きくはない。一方、小さいパーティクルには小さい静電気力しか作用しないが、このような小さいパーティクルには小さな重力しか作用しないため、パーティクルに作用するフィルタ２２への移動力はさほど小さくはない。すなわち、大きいパーティクル及び小さいパーティクルには、静電気力に起因する同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。したがって、ファンフィルタユニット３８では、大気流に混在する全てのパーティクルに同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。
本実施の形態に係るファンフィルタユニット３８によれば、フィルタ２２にパーティクルの極性と反対の極性の電位が発生するので、静電気力によってもパーティクルがフィルタ２２へ移動させられる。また、このとき、全てのパーティクルには同程度のフィルタ２２への移動力が作用する。したがって、大気の供給効率を低下させることなく、パーティクルを大きさに関わりなく確実に除去することができる。
また、ファンフィルタユニット３８では、イオナイザ４０によってパーティクルに正電位（フィルタの極性と反対の極性の電位）を強制的に発生させるので、パーティクルの電位を確実にフィルタ２２の極性と反対の極性の電位に設定することができる。したがって、パーティクルに確実にフィルタ２２へ向けた静電気力を作用させることができる。
上述したファンフィルタユニット３８では、パーティクルに帯電させるための装置として、イオナイザ４０を用いたが、この他、エキシマレーザ発振器、紫外線ランプ又は軟エックス線照射装置を用いてもよい。この場合でも、パーティクルを確実に帯電させることができる。
上述したファンフィルタユニット３８では、イオナイザ４０を用いてパーティクルへ強制的に所望の極性の電位を発生させたが、ファンフィルタユニットはイオナイザ４０等のパーティクルに強制的に電位を発生させる装置を備えていなくてもよく、この場合、大気流に混在するパーティクルの電位の極性を測定し（粒子電位測定ステップ）、該電位測定結果を参照してパーティクルの極性と反対の極性の電位をフィルタ２２に発生させればよい。これによっても、パーティクルへ確実にフィルタ２２へ向けた静電気力を作用させることができる。パーティクルの電位の極性の測定には、下記図８に示すパーティクル電位測定装置４２が用いられる。
図８は、パーティクル電位測定装置の構成を概略的に示す断面図である。
図８において、パーティクル電位測定装置４２は、箱状のチャンバ４３と、該チャンバ４３と不図示のファンフィルタユニットとを連通する連通管４４と、チャンバ４３に関して連通管４４と対向するように配された吸引ポンプ４５（微細粒子導引装置）と、チャンバ４３内に配され互いに対向する正電極４６（第１の電極）及び負電極４７（第２の電極）とを有する。また、パーティクル電位測定装置４２では、連通管４４、正電極４６及び負電極４７の組、並びに吸引ポンプ４５は直線上に配置されている。
正電極４６には正電源４８（第１の電源）が接続され、正電極４６及び正電源４８の間には電流計４９（第１の電流測定装置）が配置されるとともに、負電極４７には負電源５０（第２の電源）が接続され、負電極４７及び負電源５０の間には電流計５１（第２の電流測定装置）が配置される。
吸引ポンプ４５は、チャンバ４３内を吸引することにより、連通管４４を介してパーティクルが混在するファンフィルタユニット内の大気をチャンバ４３へ導入する。チャンバ４３内に導入された大気は図中矢印の方向に流れるため、パーティクルは正電極４６及び負電極４７の間に導引される。このとき、パーティクルに電位が発生していると、該パーティクルは電位に応じて正電極４６又は負電極４７に捕捉される。例えば、正電位が発生しているパーティクルは負電極４７に捕捉され、負電位が発生しているパーティクルは正電極４６の捕捉される。そして、捕捉されたパーティクルから電荷が正電源４８又は負電源５０に向けて電流として移動する。したがって、電流計４９や電流計５１によって電流を観測することにより、パーティクルの電位の極性を確実に測定することができる。
パーティクル電位測定装置４２を用いた場合、電流計４９によって電流が観測されたときには、パーティクルに負電位が発生しているので、フィルタ２２に正電位を発生させればよく、電流計５１によって電流が観測されたときには、パーティクルに正電位が発生しているので、フィルタ２２に負電位を発生させればよい。
また、上述したファンフィルタユニット３８では、フィルタ２２に負電位を一様に発生させたが、ファンフィルタユニットがパーティクルに強制的に電位を発生させる装置を備えていない場合、大気流に混在するパーティクルの電位は一様ではなく、正電位が発生しているパーティクルと、負電位が発生しているパーティクルとがいずれも存在する。このような場合、フィルタ２２に正電位及び負電位を同時に生じさせればよい。特に、大気流に対して垂直な方向に沿って正電位及び負電位を交互に生じさせるのが好ましい。これにより、パーティクルの電位の極性に関わりなくパーティクルにフィルタ２２へ向けた静電気力を作用させることができ、フィルタ２２を通過しようとするパーティクルを確実にフィルタ２２に捕捉させることができる。
上述した第２の実施の形態では、フィルタ２２によるパーティクルの捕捉に熱泳動力を用いたが、該捕捉に静電気力のみを用いてもよい。
図９は、静電気力のみを用いるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。
図９において、ファンフィルタユニット５２は、ファン２１と、負電源４１が接続されたフィルタ２２と、ファン２１及びフィルタ２２の間に配される、正電源３９に接続されたイオナイザ４０とを備える。ファンフィルタユニット５２では、ファン２１によって生じた大気流に混在するパーティクルに強制的に正電位が生じ、フィルタ２２には負電位が発生するため、パーティクルに静電気力が作用し、パーティクルがフィルタ２２へ移動させられる。
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、各フィルタによってパーティクルを捕捉するが、時間の経過とともにフィルタに捕捉されたパーティクルの量が増加し、コンダクタンスを低下させる虞がある。これに対応して、ファンフィルタユニットはフィルタを加熱するヒータ（加熱装置）を備えるのが好ましい。ヒータがフィルタを加熱すると、熱応力によってフィルタが捕捉したパーティクルが放出される。したがって、容易にフィルタの洗浄を行うことができるとともに、ファンフィルタユニットの長寿命化を行うことができる。
また、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、各フィルタの冷却にクーリングチャネルを用いたが、クーリングチャネルの代わりにペルチェ素子やヒートポンプを用いてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る気体清浄化装置としてのファンフィルタユニットが適用されるローダーモジュールを備える基板処理システムの構成を概略的に示す水平断面図である。 図１におけるローダーモジュールの構成を概略的に示す断面図である。 図２におけるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。 大気流上に複数の高温部を備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。 網状構造体からなるフィルタと、多孔質体からなるフィルタとを備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。 網状構造体からなるフィルタと、ケミカルフィルタとを備えるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る気体清浄化装置としてのファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。 パーティクル電位測定装置の構成を概略的に示す断面図である。 静電気力のみを用いるファンフィルタユニットの構成を概略的に示す断面図である。
符号の説明
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
１４ ローダーモジュール
１５ 搬送室
２０，２６，３０，３４，３８，５２ ファンフィルタユニット
２１ ファン
２２，３１ フィルタ
２３，２７ 照射ヒータ
２４，２８ 高温部
２５，３２，３６ クーリングチャネル
２９，３３，３７，５３ 温度センサ
３５ ケミカルフィルタ
３９ 正電源
４０ イオナイザ
４１ 負電源
４２ パーティクル電位測定装置

Claims (18)

  1. 気体流を生じさせるファンと、前記気体流に混在する微細粒子を捕捉して除去する少なくとも１つのフィルタとを備える気体清浄化装置において、
    前記気体流上に位置し且つ前記フィルタよりも温度が高い少なくとも１つの高温部と、
    前記高温部及び前記フィルタの温度差を維持する温度差維持装置と、を備え、
    前記温度差維持装置は、前記高温部と前記フィルタとの温度差を３℃以上に維持し、
    前記気体流における前記フィルタに関する上流及び下流のそれぞれにおいて少なくとも１つの前記高温部が位置することを特徴とする気体清浄化装置。
  2. 前記少なくとも１つのフィルタとして、第１のフィルタと、該第１のフィルタよりも網目の大きさが小さい第２のフィルタとを備え、
    前記第１のフィルタ及び／又は前記第２のフィルタは前記高温部よりも温度が低いことを特徴とする請求項１記載の気体清浄化装置。
  3. 前記第２のフィルタは多孔質体からなることを特徴とする請求項２記載の気体清浄化装置。
  4. 前記少なくとも１つのフィルタとして、網目状のフィルタと、ケミカルフィルタとを備え、
    前記網目状のフィルタ及び／又は前記ケミカルフィルタは前記高温部よりも温度が低いことを特徴とする請求項１記載の気体清浄化装置。
  5. 前記フィルタは、亜鉛、アルミニウム又はイリジウムによって構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気体清浄化装置。
  6. 前記フィルタに前記微細粒子の極性と反対の極性の電位を発生させるフィルタ電位発生装置を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体清浄化装置。
  7. 前記微細粒子の電位の極性を測定する電位測定装置を備えることを特徴とする請求項６記載の気体清浄化装置。
  8. 前記電位測定装置は対向する第１の電極及び第２の電極と、前記微細粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極の間に導引する微細粒子導引装置とを有し、前記第１の電極には正の電圧を印加する第１の電源が接続され、前記第１の電極及び前記第１の電源の間には第１の電流測定装置が配置されるとともに、前記第２の電極には負の電圧を印加する第２の電源が接続され、前記第２の電極及び前記第２の電源の間には第２の電流測定装置が配置されることを特徴とする請求項７記載の気体清浄化装置。
  9. 前記微細粒子を帯電させて前記フィルタの極性とは反対の極性の電位を強制的に発生させる微細粒子帯電装置を備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の気体清浄化装置。
  10. 前記微細粒子帯電装置は、イオナイザ、エキシマレーザ発振器、紫外線ランプ及び軟エックス線照射装置からなる群から選択された１つであることを特徴とする請求項９記載の気体清浄化装置。
  11. 前記フィルタに正電位及び負電位を生じさせるフィルタ電位発生装置を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体清浄化装置。
  12. 前記フィルタ電位発生装置は、前記フィルタにおいて正電位及び負電位を交互に生じさせることを特徴とする請求項１１記載の気体清浄化装置。
  13. 前記フィルタを加熱する加熱装置を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の気体清浄化装置。
  14. 気体流を生じさせるファンと、前記気体流に混在する微細粒子を捕捉して除去する少なくとも１つのフィルタとを備える気体清浄化装置における気体清浄化方法であって、
    前記気体流における前記フィルタに関する上流及び下流のそれぞれにおいて前記フィルタよりも温度が高い少なくとも１つの高温部を発生させる高温部発生ステップと、
    前記高温部と前記フィルタとの温度差を３℃以上に維持する温度維持ステップとを有することを特徴とする気体清浄化方法。
  15. 前記高温部発生ステップでは前記フィルタを冷却することを特徴とする請求項１４の気体清浄化方法。
  16. 前記フィルタに前記微細粒子の極性と反対の極性の電位を発生させるフィルタ電位発生ステップを有することを特徴とする請求項１４又は１５記載の気体清浄化方法。
  17. 前記微細粒子の電位の極性を測定する粒子電位測定ステップを有することを特徴とする請求項１６記載の気体清浄化方法。
  18. 前記微細粒子を帯電させて前記フィルタの極性とは反対の極性の電位を発生させる粒子電位発生ステップを有することを特徴とする請求項１６又は１７記載の気体清浄化方法。
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